Batteriologia - microbiologia

Microbiologia e batteriologia

Breve definizione: la microbiologia studia le forme di vita microscopiche e la loro influenza su salute e ambiente. Include batteri, protozoi, funghi microscopici e virus (questi ultimi sono intracellulari obbligati e biologicamente attivi solo dentro una cellula ospite).

Microrganismi vs virus

• Microrganismi: generalmente unicellulari, visibili al microscopio (batteri, protozoi, miceti microscopici).
• Virus: particelle che richiedono una cellula ospite per replicarsi; non sono considerati completamente viventi se isolate.

Esigenze energetiche e di ossigeno

Queste caratteristiche condizionano la localizzazione nel corpo e la gestione laboratoristica.

Esigenze nutrizionali e relazioni con l’ospite

Tipologie di relazioni microrganismo-ospite:

• Saprofiti: decompositori, si nutrono di materiale organico morto.
• Parassiti: vivono completamente a spese dell’ospite, spesso provocano danno.
• Simbionti: utili all’ospite (es. flora intestinale umana, batteri nello stomaco dei ruminanti).
• Commensali: presenza indifferente, non determinano danno (es. flora orale).
• Patogeni: causano malattia (es. Vibrio cholerae, Salmonella, meningococco).
• Opportunisti: causano malattia solo in particolari condizioni (immunodepressione o trasposizione in sedi non abituali).

Infezione vs malattia

• Infezione: rapporto dinamico tra patogeno e ospite; capacità del patogeno di penetrare e moltiplicarsi nei tessuti (infettività) e di lasciare tracce nel sistema immunitario.
• Malattia da infezione: l’infezione provoca danno strutturale o funzionale ai tessuti con manifestazioni cliniche.

Origine dell’infezione: esogena ed endogena

• Infezione esogena: microrganismo proviene da una sorgente esterna (animale, altro individuo, materiale inanimato). Può portare a malattie infettive e contagiose.

Vie di ingresso comuni: mucose respiratoria, digerente, genito-urinaria; cute (ferite).

Vie di uscita: mucosa orale, anale, genito-urinaria; cute.

• Infezione endogena: deriva dalla flora normale del paziente.
• Per eccessiva espansione numerica di specie residenti → rottura dell’equilibrio (es. Escherichia coli o Candida).
• Per trasporto verso sedi non abituali (es. che risale le vie urinarie).

Modalità di trasmissione e distribuzione epidemiologica

Modalità principali di trasmissione:

Termini epidemiologici:

• Epidemia: aumento rapido e inatteso dei casi.
• Pandemia: epidemia diffusa su più regioni o continenti.
• Endemia: presenza costante in una data area.

Struttura della cellula batterica (procariote) e dimensioni

Dimensioni tipiche:

• Lunghezza: 0.4–14 µm; diametro: 0.2–1.2 µm.

Composizione media di una cellula batterica:

Componenti principali e funzioni

• Capsula: strato esterno polisaccaridico, organizzato e non facilmente rimosso; si sviluppa in condizioni trofiche favorevoli.
• Funzioni: protezione antifagocitaria, prevenzione della disidratazione, resistenza ai detergenti, adesione ai tessuti.
• Parete cellulare: protegge dalla lisi osmotica e, in alcuni casi, da sostanze tossiche; differenze strutturali determinano la colorazione di Gram.
• Membrana plasmatica: separa la cellula dall’ambiente e regola gli scambi metabolici.
• Matrice citoplasmatica: priva di organuli, contiene ribosomi e inclusioni.
• Ribosomi: sede della sintesi proteica; più piccoli rispetto a quelli eucariotici.
• Nucleoide: DNA cromosomico circolare superavvolto; non delimitato da membrana.
• Plasmidi: DNA extracromosomico replicante autonomamente; veicolano fattori di virulenza e resistenza agli antibiotici.
• Flagelli: strutture filamentose proteiche per la motilità; disposizione variabile (peritrichi, lofotrichi, monotrichi).
• Fimbrie: appendici corte e numerose che mediano l’adesione alle superfici eucariotiche (importanti per colonizzazione mucose).
• Pili sessuali: più spessi/lunghi delle fimbrie, coinvolti nella coniugazione e nel trasferimento genetico; importanti per la disseminazione di determinanti di resistenza/virulenza.
• Spore: forme di resistenza prodotte da alcuni bacilli Gram+ (genere Bacillus, Clostridium); metabolicamente inattive e altamente resistenti a calore, radiazioni e agenti chimici.

Parete Gram-negativa e lipopolisaccaride (LPS)

Struttura LPS:

• Lipide A: porzione interna, parte lipidica responsabile dell’endotossicità.
• Core polisaccaridico.
• Polisaccaride O-specifico: variabile tra specie e antigenicamente distintivo.

Effetti del rilascio di LPS in circolo:

• Stimola risposte infiammatorie intense, febbre e può portare a CID (coagulazione intravascolare disseminata) e shock settico se in grandi quantità.

Difese dell’ospite e esito dell’incontro

L’esito dell’infezione dipende da:

• Inoculo (quantità di microrganismi).
• Virulenza del microrganismo (fattori che permettono adesione, invasione, evasione immunitaria, produzione di tossine).
• Difese dell’ospite: aspecifiche (barriere fisiche, fagociti) e specifiche (risposta adattativa).

Ogni infezione è una competizione tra la capacità del microrganismo di aderire, moltiplicarsi e diffondere e la capacità dell’ospite di eliminare l’agente.

Meccanismi di patogenicità: adesione, invasione, produzione di tossine

Adesione

• Può essere aspecifica (interazioni fisico-chimiche, cariche superficiali) o specifica (interazione ligando-recettore mediata da fimbrie/pili).
• L’adesione favorisce la formazione di biofilm, che protegge le popolazioni microbiche dalla rimozione e dall’azione delle difese.

Invasione (moltiplicazione)

Obiettivi del patogeno dopo ingresso:

• Raggiungere una concentrazione soglia per instaurare un focolaio di infezione.
• Adattarsi all’ambiente dell’ospite modulando l’espressione genica di fattori di virulenza. Requisiti ambientali: temperatura, pH, pressione osmotica, disponibilità di nutrienti (vitamine, carboidrati, aminoacidi) e oligoelementi (in particolare ferro).

Strategie di elusione delle difese:

• Formare capsule abbondanti per impedire la fagocitosi (es. Streptococcus pneumoniae).
• Sopravvivere all’interno dei fagociti (es. Mycobacterium tuberculosis).
• Produrre enzimi o tossine che distruggono i fagociti prima che svolgano la loro funzione.

Produzione di tossine

• Tossine: sostanze biochimiche che danneggiano le cellule ospiti e causano sintomi. L’azione può essere locale o sistemica dopo diffusione.
• Tossinfezione alimentare: la tossina è preformata nel cibo e causa danno anche in assenza del microrganismo vitale (es. tossina di Clostridium botulinum, enterotossine di Staphylococcus aureus).

Classificazione delle tossine:

• Esotossine: rilasciate attivamente dai batteri; isolabili con metodi fisici; spesso proteiche e antigeniche.
• Endotossine: componenti strutturali dei Gram-negativi (lipide A dell’LPS) rilasciate solo alla lisi batterica.

Endotossine (LPS, lipide A)

Caratteristiche:

• Rilasciate alla morte del batterio; parte integrante della parete dei Gram-negativi.
• Il lipide A è la porzione responsabile della tossicità: induce infiammazione, febbre e può provocare risposte sistemiche gravi.
• Stabilità: resistono al calore (>60 °C per ore) senza perdere tossicità.
• Non stimolano formazione di antitossine efficaci (diversamente dalle esotossine proteiche).
• La porzione polisaccaridica (variabile) può però stimolare la produzione di anticorpi e contribuire a risposte immunitarie eccessive con danno all’ospite.

Vie di diffusione e tossinfezioni alimentari

• Localizzazione o disseminazione: l'infezione può rimanere confinata al sito iniziale oppure, dopo diffusione ematica, interessare diversi organi e apparati.
• Tossinfezione alimentare: in questo caso la tossina è già preformata nel cibo contaminato e causa la malattia anche in assenza del microrganismo produttore. Tipici alimenti coinvolti: crema pasticcera, insaccati.
• Esempi: tossina di Clostridium botulinum (botulismo) e enterotossine di Staphylococcus aureus.

Tossine: classificazione generale

Le tossine si dividono in due categorie principali:

• Endotossine
• Esotossine

Confronto rapido

Endotossine (LPS)

• Sono componenti integranti della parete esterna dei batteri Gram-negativi; la tossicità è dovuta principalmente al Lipide A della molecola LPS.
• Vengono liberate principalmente alla morte del batterio (disgregazione batterica).

Proprietà chiave:

• Termostabili: mantengono tossicità anche dopo esposizione a temperature >60 °C per ore.
• Non inducono antitossine verso il Lipide A.
• La porzione polisaccaridica, molto variabile, può stimolare la produzione di anticorpi e contribuire a risposte immunitarie eccessive (es. shock endotossico).
• Spesso causano febbre e reazioni sistemiche.

Esotossine (tossine proteiche)

• Sono proteine prodotte e secrete da batteri sia Gram-positivi sia Gram-negativi.

Caratteristiche principali:

• Escrete da cellule viventi durante l'infezione.
• Altamente tossiche; molte agiscono su bersagli specifici (es. blocco della sintesi proteica, stimolazione di adenilato ciclasi, blocco della neuromuscolarità).
• Inducono produzione di anticorpi specifici (antitossine).
• Generalmente termolabili: la tossicità viene spesso distrutta rapidamente con calore >60 °C.
• Possono essere trasformate in anatossine (toxoid) — tossine inattivate che mantengono antigenicità e sono utilizzate nei vaccini.

Esempi clinici:

• Tossina difterica (Corynebacterium diphtheriae)
• Tossina tetanica (Clostridium tetani)
• Tossina colerica (Vibrio cholerae)
• Tossina botulinica (Clostridium botulinum) — può anche essere introdotta tramite cibo contaminato.

Produzione di tossine e meccanismi di azione

Le esotossine possono:

• Agire a livello locale o sistemico.
• Interferire con funzioni cellulari essenziali (es. sintesi proteica, trasmissione neuromuscolare, segnali intracellulari).
• Essere neutralizzate da antitossine specifiche.

Altri fattori di patogenicità

Fattori non tossinici che aumentano la capacità di un microrganismo di causare malattia:

Stafilococchi

Stafilococchi sono cocchi Gram-positivi disposti a grappolo, con diverse specie di interesse clinico; Staphylococcus aureus è il